随着社会的进步,化石能源被大量开采,人们对于寻求清洁,环保,可再生的能源的渴望正在日益增强。液流电池(RFB)以其独特的结构特点,是大规模电能储存中重要的电池技术之一。传统的RFB在实际应用中面临有毒,价格昂贵等实质性挑战。有机氧化还原液流电池(ORFBS)由于其资源丰富,结构易调整,而获得了大范围的研究,取得了有效的进展。但ORFBS仍然面临着溶解性差,稳定性差,能量密度低等缺点,这大大限制了其广泛的应用。本论文选择了在活性物质中具有便宜、稳定、高速率常数和扩散系数特点的二茂铁作为研究对象,通过官能团的修饰和功能化,克服了电池中能量密度低,电解质交叉污染等问题。在经过大量的文献调研之后,确立了二茂铁分子改性的方法和设计路线,合成出了多种苯并咪唑盐的化合物,并通过烷基链的修饰,合成了 1-二茂铁基甲基-2-二茂铁基-3-乙基苯并咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(FCEZ+-TFSI)。该活性材料在EC/DMC中的溶解度达到1 M,相较于目前研究的二茂铁衍生物的溶解度有一个很大的提高,氧化还原电位也有所增加,为0.54V和0.84V(vs.Ag/AgCl)。在0.48 mA cm-2的电流密度下,0.1 M的电池在135圈的循环下,库伦效率维持在99.9%以上,能量效率在80%以上,为实现高能量密度的液流电池提供了可行性。在之后的工作中,本论文采用“人造双极性”分子作为活性材料,解决了ORFBS中电解质交叉污染的问题,改善了“对称”ORFBS(SORBS)的循环稳定性和溶解性。选用二茂铁和紫精作为两个活性中心,在此的基础上分别通过苯环、不同长度的烷基链、季铵盐的修饰来功能化。设计合成的1-(4-二茂铁基-正丁基)-1’-[3-(三甲基氨基)丙基]-4,4’-联吡啶三氯化合物(Fc-bipy3+)在水中的溶解度达到了 1.2 M,两个氧化还原峰所对应的电位为-0.54 V和0.15 V(vs.Ag/AgCl)。在10 mA cm-2的电流密度下,0.5 M的电池在4000次100%放电深度循环过程中,相应的库仑效率一直稳定保持在99.8-100%的范围内,容量保持率达到了 75%。反极性的测试反应出高的对称性和稳定性。这一“人造双极性”分子的材料为在液流电池中电解质交叉污染问题提供了可行的方案。以上工作,选用价格便宜,无污染的原料设计合成了一系列二茂铁衍生物的分子,为解决有机液流电池在实际应用中所面临的挑战和问题做出了贡献。